O que é um gêmeo digital? Uma representação virtual em tempo real

Texto originalmente publicado em 20 de dezembro de 2021

Os gêmeos digitais são representações virtuais em tempo real de objetos, processos e sistemas. Embora os gêmeos digitais possam representar coisas puramente digitais, eles frequentemente servem como uma ponte entre os domínios físico e digital. Por exemplo, um gêmeo digital pode fornecer uma visão digital das operações de uma fábrica, rede de comunicações ou o fluxo de pacotes por meio de um sistema de logística.

“A implementação de um gêmeo digital é um objeto ou modelo de software encapsulado que espelha um único objeto físico, processo, organização, pessoa ou outra abstração”, de acordo com o Gartner. “Os dados de vários gêmeos digitais podem ser agregados para uma visualização composta em uma série de entidades do mundo real, como uma usina ou uma cidade, e seus processos relacionados”.

Benefícios dos gêmeos digitais

Esses clones virtuais de operações físicas podem ajudar as organizações a monitorar as operações, realizar manutenção preditiva e fornecer insights para decisões de compra de capital. Eles também podem ajudar as organizações a simular cenários que seriam muito demorados ou caros para serem testados com ativos físicos, criar planos de negócios de longo alcance, identificar novas invenções e melhorar processos.

Os gêmeos digitais oferecem cinco benefícios principais, de acordo com a empresa de engenharia de produto digital GlobalLogic:

• Avaliação de risco e tempo de produção acelerados. Os gêmeos digitais podem ajudar as empresas a testar e validar seus produtos virtualmente antes que existam no mundo real. Eles podem ser usados por engenheiros para identificar falhas de processo.
• Manutenção preditiva. As organizações podem usar gêmeos digitais para monitorar equipamentos e sistemas de forma proativa para programar a manutenção antes que eles quebrem, melhorando a eficiência da produção.
• Monitoramento remoto em tempo real. Os usuários podem monitorar e controlar sistemas remotamente.
• Melhor colaboração em equipe. A GlobalLogic observa que a automação do processo e o acesso 24 horas por dia, 7 dias por semana às informações do sistema permitem que os técnicos dediquem mais tempo à colaboração.
• Melhor tomada de decisão financeira. Ao integrar dados financeiros, as organizações podem usar gêmeos digitais para tomar decisões melhores e mais rápidas sobre os ajustes.

Tecnologia gêmeo digital

Os gêmeos digitais consistem em três elementos primários, de acordo com o integrador de sistemas, SL Controls:

• Dados históricos. Dados sobre o desempenho anterior de máquinas, processos e sistemas.
• Dados em tempo real. Os gêmeos digitais recebem atualizações contínuas de sensores de equipamentos e saídas de plataformas e sistemas, como equipamentos de fabricação, atendimento ao cliente e compras.
• Dados futuros. Isso inclui machine learning e contribuições de engenheiros.

Os vários tipos de gêmeos digitais em uso hoje são amplamente diferenciados por sua área de aplicação, de acordo com a IBM:

• Component twins/parts twins. Estas são as unidades básicas dos gêmeos digitais. Aqui, o gêmeo representa as características físicas, mecânicas e/ou elétricas de um componente ou peça.
• Asset twins. São dois ou mais componentes trabalhando juntos. Esses gêmeos representam a interação de componentes para criar dados de desempenho.
• System ou unit twins. Esses gêmeos refletem a interação de ativos que formam um sistema ou unidade.
• Process twins. Esses gêmeos representam como os sistemas funcionam juntos. Por exemplo, um “gêmeo de processo” pode representar uma instalação de produção inteira.

Gêmeos digitais vs. simulações

Os gêmeos digitais podem ser vistos como simulações de objetos físicos e processos, mas o que diferencia os gêmeos digitais são as atualizações em tempo real.

O integrador de sistemas SL Controls diz que as simulações permitem que os engenheiros executem testes e conduzam avaliações de um ativo físico, mas a simulação é estática. Depende do engenheiro para inserir novos parâmetros. Os gêmeos digitais recebem atualizações em tempo real do ativo físico, processo ou sistema, permitindo que os engenheiros realizem testes, avaliações e trabalhos de análise usando condições do mundo real.

Exemplos de gêmeos digitais

As organizações já estão usando gêmeos digitais para melhorar seus negócios.

Rolls-Royce melhora a eficiência dos motores a jato: A empresa multinacional Rolls-Royce implantou a tecnologia gêmeo digital para monitorar os motores que produz. A empresa pode monitorar como cada motor voa, as condições em que está voando e como o piloto o usa. A Rolls-Royce usa o gêmeo digital para oferecer planos de serviço personalizados para motores específicos.

Mars otimiza sua cadeia de suprimentos: A Mars, empresa de confeitaria, produtos para animais de estimação e alimentos, criou um gêmeo digital de sua cadeia de suprimentos de manufatura para apoiar seus negócios. A empresa está usando a tecnologia para melhorar a capacidade e os controles de processo, incluindo o aumento do tempo de atividade das máquinas por meio da manutenção preditiva e a redução do desperdício associado às máquinas que embalam quantidades inconsistentes de produtos.

TIAA reduz a complexidade do atendimento ao cliente: O Fundo de Ações de Aposentadoria de Faculdades Americanas da Associação de Seguro e Anuidade para Professores (TIAA, na sigla em inglês) está usando um gêmeo digital para reduzir a complexidade da integração de novos clientes institucionais. O gêmeo da TIAA usa metadados de produtos, fluxos operacionais, interdependências sobrepostas e regras de negócios para validar as seleções de planos de serviços dos operadores de planos.

Bayer Crop Science reformula a estratégia com fábricas virtuais: A Bayer Crop Science criou “fábricas virtuais” para cada uma de suas nove fábricas de sementes de milho na América do Norte. As fábricas virtuais são representações digitais dinâmicas do equipamento, características de fluxo de produto e processo, lista de materiais e regras operacionais para cada um dos nove locais. Além de fornecer uma visão em tempo real das operações, as fábricas virtuais permitem que a Bayer realize análises hipotéticas que a empresa usa para analisar novas estratégias, tomar decisões de compra de capital, criar planos de negócios de longo prazo e melhorar processos.

Software de gêmeos digitais

As plataformas digitais de software duplo incorporam dados do sensor IoT e outros dados para monitorar o desempenho do ativo e executar simulações. O consultor Ian Skerrett diz que as plataformas de gêmeos digitais escalonáveis têm seis recursos principais:

1. Gerenciar o ciclo de vida do gêmeo digital. Skerrett diz que os gêmeos digitais são instâncias de “threads digitais” ou “mestres digitais”, ou seja, os requisitos, peças e sistemas de controle que constituem um ativo físico. Por exemplo, Skerrett diz que o mestre digital de um moinho de vento consiste em diagramas de engenharia, lista de materiais, versões de software e outros artefatos usados para criar um moinho de vento. Uma plataforma de gêmeos digitais para moinhos de vento precisa aproveitar esse mestre digital e fornecer ferramentas para testar, implantar e gerenciar o gêmeo digital com base no mestre digital. Essas ferramentas precisam ser escalonadas para centenas de masters digitais e milhares de gêmeos digitais.
2. Fonte única de verdade. As plataformas precisam ser capazes de atualizar e fornecer o estado exato de cada gêmeo digital. Por exemplo, a manutenção de rotina pode fazer com que um ativo tenha uma parte ou versão de firmware diferente de outro ativo. Uma plataforma deve ser capaz de atualizar o estado exato de cada objeto e ativo assim que ele muda.
3. API aberta. Como interface e ponto de integração para uma solução industrial de IoT, a plataforma deve fornecer uma API aberta que permita a qualquer sistema interagir com ela.
4. Visualização e análise. A plataforma deve permitir que a organização crie visualizações, painéis e análises aprofundadas de dados ao vivo do gêmeo digital. Os dados ao vivo devem ser vinculados ao mestre digital.
5. Gerenciamento de eventos e processos. A plataforma deve permitir que os usuários criem eventos e processos de negócios que podem ser executados com base nos dados da plataforma.
6. Perspectiva do cliente e do usuário. A plataforma precisa permitir a colaboração entre as partes interessadas de um gêmeo digital. Deve refletir qual organização possui ou opera cada um e quais usuários têm permissão para acessar os dados.

Empresas de gêmeos digitais

Muitas organizações estão construindo seus próprios gêmeos digitais, mas existem alguns fornecedores de plataformas populares. Algumas das ofertas mais populares incluem:

• aPriori Digital Manufacturing Simulation Software
• Autodesk Digital Twin
• Ayla IoT Platform
• AWS IoT
• Enterprise Process Center (EPC) da Interfacing Technologies
• Oracle IoT Production Monitoring Cloud
• Predix Platform from GE
• SAP Leonardo Internet of Things

Mercado de gêmeos digitais

O mercado de gêmeos digitais está crescendo rapidamente. A empresa de pesquisa MarketsandMarkets diz que o mercado global de gêmeos digitais era de US$ 3,1 bilhões em 2020 e deve chegar a US$ 63,5 bilhões em 2027. Ela considera os gêmeos digitais um componente-chave da Indústria 4.0.

“Na Indústria 4.0, considera-se que o gêmeo digital integra as técnicas de manufatura com tecnologia avançada, como a IoT, que ajuda no desenvolvimento de sistemas de manufatura interconectados”, afirma a MarketsandMarkets em seu relatório. “Assim, a tecnologia gêmeo digital parece ser uma solução ideal, que facilita às empresas a realização dos padrões da Indústria 4.0”.

A empresa acredita que os setores automotivo, transporte, energia, aeroespacial e de defesa são os principais usuários finais da tecnologia gêmeo digital.